Исследователи из Университета ИТМО и Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) разработали методику, которая позволяет определять степень и направление «закрутки» (орбитального углового момента) пучков электронов и ионов, разогнанных до высоких энергий. Раньше не было простого способа делать это в диапазоне энергий современных ускорителей.
Что такое «закрученные» пучки частиц?
Это пучки, у которых волновая функция имеет спиралевидную (винтовую) структуру. Такие частицы обладают орбитальным угловым моментом и перспективны для:
- Квантовых вычислений и передачи информации.
- Сверхточных микроскопов (электронных и ионных).
- Микролитографии и изучения магнитных свойств материалов.
В чём сложность измерения?
До сих пор методы определения закрутки хорошо работали для низкоэнергетических электронов и фотонов (света), но не были пригодны для частиц высоких энергий, используемых в ускорителях.
Как работает новый метод?
- Простая идея: «закрученный» пучок пропускают через микроскопическое отверстие треугольной формы.
- Волновой эффект: частицы взаимодействуют с отверстием как волны, вызывая дифракцию.
- Узор-подпись: на выходе возникает чёткий узор из ярких точек, повторяющий форму треугольника. Особенности этого узора (расположение и интенсивность точек) несут информацию о степени и направлении закрутки пучка.
Почему это важно?
- Диагностика пучков: метод даёт простой и точный инструмент для контроля параметров пучков в реальном времени (онлайн-мониторинг) на ускорительных комплексах.
- Улучшение микроскопов: позволит повысить точность просвечивающей электронной и ионной микроскопии, особенно для изучения магнитных свойств материалов.
- Поддержка экспериментов: уже адаптирован для работы на одной из установок в ОИЯИ (Дубна), где будет использоваться для первичной диагностики генерируемых закрученных пучков.
Этот метод закрывает важный технологический пробел, открывая путь к более полному использованию уникальных свойств «закрученных» частиц как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных технологиях.